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1、用于多跳認知無線電網(wǎng)絡的分布式網(wǎng)絡編碼控制信道用于多跳認知無線電網(wǎng)絡的分布式網(wǎng)絡編碼控制信道AlfredAsterjadhi等著1.前言大多數(shù)電磁頻譜由政府機構(gòu)長期指定給公司或機構(gòu)專門用于區(qū)域或國家地區(qū)。由于這種資源的靜態(tài)分配，許可頻譜的許多部分在許多時間和/或位置未使用或未被充分利用。另一方面，幾種最近的無線技術(shù)在諸如IEEE802.11，藍牙，Zigbee之類的非許可頻段中運行，并且在一定程度上對WiMAX進行操作;這些技術(shù)已經(jīng)得到成功和擴散，他們正在訪問的頻譜主要是2.4GHzISM頻段，這一頻段已經(jīng)過度擁擠。為了給這些現(xiàn)有技術(shù)提供更多的頻譜資源，并且允許
2、替代和創(chuàng)新技術(shù)的潛在開發(fā)，最近已經(jīng)提出允許被許可的設備（稱為次要用戶）訪問那些已許可的頻譜資源，主要用戶未被使用或零星地使用。這種方法通常被稱為動態(tài)頻譜接入（DSA），無線電設備發(fā)現(xiàn)和利用未使用或未充分利用的頻譜帶的能力通常稱為認知無線電（CR）技術(shù)。DSA和CR最近都引起了無線通信和網(wǎng)絡界的極大關(guān)注。通常設想兩種主要應用：第一個是認知無線接入（CWA），根據(jù)該認知接入點，認知接入點負責識別未使用的許可頻譜，并使用它來提供對應用戶的接入；第二個應用是我們在這個技術(shù)中研究的應用，它是認知自組織網(wǎng)絡（CAN），也就是使用用于二級用戶本身之間通信的無許可頻譜，用于諸如
3、點對點內(nèi)容分發(fā)，環(huán)境監(jiān)控，安全性等目的，以及災難恢復情景通信，軍事通信等等。設計CAN系統(tǒng)比CWA系統(tǒng)有更多的困難，這主要有兩個原因：第一個困難是識別未使用的頻譜。在CWA中，接入點的作用是連接到互聯(lián)網(wǎng)，因此可以使用簡單的策略來推斷頻譜可用性，例如查詢頻譜調(diào)節(jié)器在其地理位置的頻譜可用性或直接與主用戶協(xié)商頻譜可用性或一些中間頻譜用戶；另一方面，在CAN中，與頻譜調(diào)節(jié)器或主要用戶的缺乏直接通信需要二級用戶能夠使用檢測技術(shù)自己識別未使用的頻譜；第二個困難是輔助用戶來協(xié)調(diào)媒體訪問這一8用于多跳認知無線電網(wǎng)絡的分布式網(wǎng)絡編碼控制信道目的。在CWA中存在接入點和所有一般二級
4、用戶直接與之通信（即，網(wǎng)絡是單跳）的事實使得直接使用集中式媒體接入控制（MAC）解決方案，如時分多址（TDMA）或正交頻分多址（OFDMA）。相反，預計CAN將跨越多跳，缺少集中控制器;而對于傳統(tǒng)的單通道多跳自組織網(wǎng)絡而言，這個問題的幾個解決方案是已知的，因為假設我們處理允許設備訪問的具有成本效益的最先進技術(shù)的狀態(tài)，因此將它們重用于CAN是不直接的一次只能限制頻譜的一部分，中間訪問將在多個信道上執(zhí)行，而且可用于二次通信的實際信道可能會隨著位置和時間而變化。由于剛剛描述的兩個問題，CAN中出現(xiàn)了幾個實際的設計挑戰(zhàn)，如實現(xiàn)控制信道，輔助用戶對媒體接入的協(xié)調(diào)，實現(xiàn)用于
5、檢測未使用頻譜的可靠方案等。在這篇文章中，我們將討論這些挑戰(zhàn)，我們發(fā)現(xiàn)在以前的文獻中，有幾個很好的解決方案可以有效地解決一個或者一些這類的問題。在討論之后，我們提出了我們設計的方案，以克服CAN缺乏完整的解決方案。我們的方案是基于一個虛擬控制通道，利用用戶以偽隨機方式訪問信道，并在任何頻道遇到任何情況時交換控制信息。通過網(wǎng)絡編碼實現(xiàn)對所有用戶的控制信息的高效傳播。用戶交換的控制信息包括根據(jù)預定義的確定性算法確定信道切換模式以及數(shù)據(jù)通信的資源分配所需的所有信息（帶寬要求，主要用戶存在和位置等）。我們通過提出和討論模擬結(jié)果來討論所提出的方案的性能，表明它是CAN實際
6、實現(xiàn)的有效解決方案。2多功能CAN中的技術(shù)挑戰(zhàn)我們在CAN中遇到的第一個問題是雞蛋問題：二次設備需要彼此協(xié)調(diào)來執(zhí)行頻譜接入，但是它們還需要訪問頻譜以便通信和實現(xiàn)協(xié)調(diào)。這個問題通常被稱為控制頻道問題，不幸的是，在與DSA相關(guān)的工作中往往被忽視。事實上，大多數(shù)DSA相關(guān)出版物更側(cè)重于主要用戶檢測和/或高效頻譜分配的問題，并且在這樣做時，假設某些控制信道實現(xiàn)對于次要用戶是可用的。8用于多跳認知無線電網(wǎng)絡的分布式網(wǎng)絡編碼控制信道為了實際實現(xiàn)控制通道，一些作者提出靜態(tài)分配一些頻譜帶。這個實際提出了兩個主要問題：一是需要靜態(tài)頻譜調(diào)節(jié)，這正是DSA旨在避免的一個問題。第二，選
7、擇的控制帶可能很容易成為瓶頸。這在多跳場景中尤其如此，其中對控制信息交換的需求潛在地非常高（例如，不僅對于媒體訪問，而且用于路由目的）。已經(jīng)提出了一些其他解決方案，其嘗試通過動態(tài)地選擇未使用的許可頻帶來執(zhí)行次要用戶控制來解決第一個問題;然而，這些建議沒有解決控制瓶頸問題。當然，CAN的理想解決方案不僅需要解決控制信息交換的問題，而且還要有效地實現(xiàn)對可用頻譜資源的有效利用。在這方面，應該注意的是，先前討論的多重會合策略最初被提出作為單通道技術(shù)的擴展，最著名的是IEEE802.11;特別地，在這些解決方案中看到的優(yōu)點是僅僅通過使用多個通道就可以在單通道情況下實現(xiàn)網(wǎng)絡
8、容量的顯著增加。然而，要
